铁路GSM-R检测技术应用

■ 王惠生

GSM-R系统的应用对我国铁路特别是高速铁路的发展起到巨大的作用。该系统的有效运营离不开联调联试和不断的网络优化，其动态检测技术也在我国得到很大发展。

青藏铁路和大秦铁路最早建成GSM-R系统，最初只能使用公共无线网络的检测方式进行通用服务质量测试，以后引进了国外GSM-R检测装置进行GSM-R系统的线路检测，检测主要使用测试手机。参考欧洲规范和我国公共移动通信网的检测要求，制定我国GSM-R系统检测标准，采用我国自行研发的检测系统对GSM-R系统的线路进行检测，及时发现一些网络覆盖和参数设置问题，指导网络主管单位进行相关的整改工作。目前，GSM-R检测包括场强覆盖、服务质量、干扰、CSD分组数据等检测。

1 GSM-R场强覆盖检测

1.1 概况

G S M-R场强覆盖是保证GSM-R系统正常工作的基础，我国铁路对450 MHz场强覆盖的检测经验丰富，根据相关规范要求和经验，可对不同要求的GSM-R场强覆盖进行全面检测。

根据铁道部对GSM-R系统建设的网络规划，我国铁路GSM-R系统的网络基站按线路要求不同分为单网覆盖、交织冗余覆盖和同站址双网覆盖，场强覆盖检测根据不同的检测要求配置检测设备。我国铁路场强覆盖检测通常采用往返交路进行GSM-R系统的线路检测。为了在一个往返中完成场强测试，通常在检测车上配置2台测量接收机，对于交织冗余基站的线路下行测试基数基站，检测2个基站覆盖区间，交织冗余基站场强覆盖测试（见图1）。图1中“下行1”表示下行使用的一个测量接收机，“下行2”表示下行使用的另一个测量接收机，蓝线是下行测试的所有基站场强覆盖曲线。上行测试偶数基站，测试完后将上下行数据合并；对于单网测试，两个测量接收机一个单程可完成覆盖测试（见图2）；对于同站址双网线路，列车上行测试A网覆盖（所有A网基站小区），下行测试B网覆盖，相当于一个往返进行两个单网测试。

1.2 意义

（1）养护维修。场强覆盖是GSM-R系统正常通信的基础，通过测试可及时发现覆盖弱场和通信设备故障，在没有对运营通信造成影响时解决。图3是区间直放站故障覆盖测试曲线，虽然测试结果满足相关规范，但区间通信质量非常差。从覆盖测试曲线可清楚地看到2个区间设备没有正常工作。

图1 交叉冗余基站场强覆盖测试

图2 单网场强覆盖测试

（2）辅助设计。不同环境下GSM-R基站的间距设计不能简单的计算，应根据地形环境和覆盖传播特性进行计算。基站过密造成投资浪费，并对GSM-R系统的网络造成干扰，不利于高质量的通信。因此，覆盖测试不断为网络覆盖研究和设计提供大量数据。

通过长期测试发现，目前高速铁路GSM-R基站在空旷环境下，特别是高架桥上，普遍覆盖过密，造成小区边界接收信号载干比降低。由于基站间距较小，切换频繁，在高速运行检测时的数据传输无差错时间经常不能满足要求。

2 服务质量检测

GSM-R系统的网络服务质量检测是无线网络优化工作的重要组成部分。GSM-R系统的网络服务质量检测可以借鉴公共无线网络检测的经验，结合铁路应用和网络评价的特点，研发适合铁路GSM-R系统的检测装备。检测通常要求测试内容包括铁路公里标信息，这是与公共无线网络检测的最大区别，根据公里标和基站名可方便地确定问题地点。

早期引进和研发的GSM-R系统的检测装置使用2 W测试手机，目前检测设备提供商研发了车载模块检测系统，使检测评价更符合铁路应用规范。在综合检测车上，通常配置3～4个检测终端，在一个往返中完成铁道部规范中要求的各项检测科目。检测终端不能配置过多，避免在检测中对运营通信造成干扰。

使用功能完善的检测装置对查找GSM-R系统的网络问题很有帮助，图4是某条线路的服务质量测试曲线，其中C基站和D基站属不同的铁路局。在这个区域多次发生长呼测试终端掉话，分析测试数据可方便地找到问题原因。

从图4中的服务质量测试曲线可以看到，在C基站小区网络参数报告中，虽然C基站小区信号很弱也不能切换到D基站小区，导致掉话。经与铁路局网管部门沟通，查看网络设置信息，发现在网络中C基站所属铁路局网络没有把D基站看成是合法网络，放弃了检测D基站的各项信息参数，找不到可切换的网络，因此掉话。

3 干扰检测

GSM-R系统的网络正常运行需要不断地进行网络优化，其中干扰的查找和分析非常重要。目前，干扰检测手段主要有关闭网络检测（用于系统开通前的检测）和在线检测（可用在任何时间）。关闭网络检测使用频谱分析仪，在GSM-R系统的网络关闭时对上下行频点进行扫描，以发现是否有其他通信系统使用GSM-R系统的频率。

频谱扫描记录曲线记录了无线频谱扫描的最大值、瞬时值和最小值（见图5）。图中横坐标是频率范围，纵坐标是信号强度，十字标记录了曲线描绘时的GPS定位点，可看到定位点位置有几个频点存在较强的干扰。由于GSM-R基站已关闭，从曲线波形看是公共移动网络的信号占用了GSM-R系统使用的频率。

GSM-R系统应用在高速铁路，关闭网络进行测试不现实，频谱扫描不能确定干扰产生的所属部门。因此在线干扰检测是运营时的主要检测手段。

图3 覆盖测试曲线

图4 服务质量测试曲线

目前，在线干扰检测装置没有像服务质量检测装置那样装备到检测部门，使用的检测方式有时不能正确判断干扰强度和来源。在线干扰检测中使用带广播信令解析能力的扫频方式，可检测出行驶线路上所有GSM-R信号电平和载干比，以及广播控制信道（BCCH）的相关信息。

在线干扰检测某条线路的测试结果见图6。图中的柱状图形显示接收电平强度，表格列出了具体数值和解析参数。可以看到表格中测试点的服务小区接收电平很高（BCCH=1005，Rxlev= -61 dBm），但载干比很低，检测不出小区的BISC码。而邻近小区（BCCH=1000）虽然接收电平不高，但载干比好于服务小区，可以解出小区BISC码。

目前使用的干扰检测装置可与铁路公里标和GPS定位信息相结合，可准确地查找干扰的位置便于分析和判断。还有一种查找干扰定位装置使用公共无线网络SIM卡，可搜索驻留在公共移动网内解析铁路沿线公共无线网络的广播信息，特别是跳频信息，捕捉公共移动网是否占用了铁路的GSM-R系统的频点。在确定干扰源后，通过呼叫解析功率和时延信息（TA值）确定干扰的相对位置。

4 CSD检测

采用CTCS-3级列控系统的线路以GSM-R系统作为数据传输通道，欧洲对列车控制数据传输有明确的规范，根据本国的实际在欧洲规范的基础上自行确定要求。我国主要是参考欧洲的规范进行检测和评价。

虽然有检测规范，但对规范的理解不同和检测经验不足，各种检测设备在检测方法和统计分析方法不同。我国自行研发的GSM-R电路域数据检测装置对运行的CTCS-3级列控线路进行了一年多的检测，检测结果基本符合列车控制应用状态。

我国CTCS-3级列控线路的列车运营速度300 km/h以上，由铁道部统一组织采用综合检测车检测。测试采用两个车载终端呼叫连接北京的地面服务器进行车-地间的数据传输。测试项目主要包括连接建立时间、连接建立失败概率、数据传输时延、传输干扰率等。目前使用的检测装置可实时看到检测结果，以帮助检测与维护部门准确掌握网络和系统状况，并对检测到的问题进行有针对性的维护。

检测中发现在相关线路上数据传输时延测试经常出现长时间数据传输中断，但检测统计并没有将其列入问题范围。数据传输时延测试采用环回检测方法，发送方收到正确返回的数据后为发送成功，并将环回时间除二作为传输时延。正常情况下移动台切换时会发生短时的数据中断，可能会影响1～2包的测试数据丢失，时间不超过4 s。表1是某条线路CSD数据传输丢失检测记录。

从表1中可以看到，采用的测试方法中有数据传输长时间中断现象，中断时间在36 s以上，但统计结果中没有记录链路丢失。现在的检测由人工记录统计相关信息，发现网络系统存在问题，提请相关部门解决。通过不断地积累，为对后续配置的检测系统打下基础。

图5 频谱扫描曲线

图6 干扰检测图标

5 分组数据检测

分组数据检测我国铁路没有明确的评价标准，测试规范可操作性不高。测试中主要（下转第111页）突出分组数据传输功能的测试，例如传输调度命令和车次号信息传输功能。由于检测水平不能满足应用要求，导致分组数据传输应用中出现问题（如进路预告丢失），长时间不能确定问题产生的原因。

表1 CSD数据传输丢失检测记录

6 结束语

随着GSM-R系统的发展，检测装备也在不断发展，铁道部已在综合检测列车上装备了GSM-R系统的检测装置，为我国铁路特别是高速铁路GSM-R系统的正常应用起到保障作用。目前，GSM-R系统的检测手段不够完善，应多关注GSM-R系统的检测技术对其应用的支撑作用，吸收先进的科学技术，更好地完善GSM-R系统的检测水平，为铁路通信现代化服务。